现阶段作为由传统设计向可靠性设计转型的过渡阶段,引入了可靠性安全系数的概念。本文利用与可靠性指标相对应的安全系数代替传统设计中主要靠经验公式选取的许用安全系数,并可应用于常规的机械设计方法。这种方法设计的产品既满足其可靠性指标的要求,又省去了大量繁琐复杂的可靠性计算,便于广大设计人员应用到工程实际当中。应力-强度干涉模型是机械零件可靠性分析的基础。首先,本文借助应力与强度随机变量“干涉分析”的基本思想,建立了服从不同分布类型的静强度可靠性的安全系数模型。该模型既表征了结构的可靠性要求,又反映了应力与强度的离散性。安全系数的取值随结构可靠性要求及应力与强度的参数变化而异,是针对每一具体工况计算得到的,而不是一个通用的经验固定值。传统的干涉模型只适用于载荷一次性作用的情形,而工程实际中的大多数零部件,在服役时间内都会承受随机载荷多次的作用。因此,本文研究了随机载荷作用次数对可靠性安全系数的影响,运用顺序统计量理论推导出随机载荷多次作用的等效载荷累积分布函数和概率密度函数,并进一步发展了能够科学反映指定载荷作用次数或服役时间的静强度可靠性安全系数模型。另外,对于具有多个危险点的机械零件,每个危险点都有失效的可能。本文将整个机械零件看作一个系统,而将零件中的每个危险点作为系统中的一个单元,采用系统层的可靠性分析与建模方法,结合多危险点之间失效独立和失效相关两种情况下的系统可靠性的处理方法,研究并发展了多危险点系统可靠性的安全系数设计方法。然后,将可靠性的安全系数设计理论的应用具体化,以多齿轮系统作为研究对象,应用该理论计算得到满足系统可靠性要求的齿轮轮齿上不同失效形式的危险点安全系数,验证该理论方法的合理性与可行性。最后,考虑到工程实际的需求,并增加上述研究的理论方法的应用价值,应用MATLAB平台的GUI模块编制开发了“齿轮系统安全系数设计”软件。该软件主要由设计主界面、设计信息登录、设计要求输入、结构与材料选取、系统可靠性分配与安全系数计算五个模块组成。为了验证其实用性,以某二级直齿圆柱齿轮减速器的低速级齿轮传动设计作为算例,分别从应用该软件计算与传统安全系数法选取两个方面,得到不同的安全系数,并将其代入到常规机械设计方法中得到零件的主要几何参数并做对比,验证该理论方法的正确性与优越性,为提高零件的可靠性能和节约制造成本提供了理论基础。